JP4217138B2 - 半溶融成形方法および半溶融成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、半溶融状態に加熱したビレットを加圧ロッドにより押圧して、金型のキャビティに半溶融金属を充填させる半溶融成形方法および半溶融成形装置に関する。

半溶融成形は、ダイカスト鋳造に比べて、ａ）結晶粒が細かく機械的性質に優れると共に引け巣のない成形品が得られる、ｂ）ビレット単位の成形となるので、多品種少量生産に向いている、ｃ）溶解炉や保持炉を持たなくてもよいので、簡単な設備投資で済む、などの利点を有することから、その利用が注目されている。

ところで、この種の半溶融成形は、一般には図５に示すように、金型１の一部または金型に付設したコンテナ２に設けたビレット収容穴３内に半溶融状態に加熱したビレット４を投入した後、加圧ロッド５によりこのビレット４を押圧して、金型１の材料供給口（またはランナ・ゲート）を通して金型１内のキャビティに充填させるようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。

特開平７−１１６８１６号公報 特開平７−２７６０２４号公報

しかしながら、従来の半溶融成形方法および装置によれば、通常、加圧ロッド５として内部冷却タイプのものを用いているため、図５（Ａ）に示すように、加圧ロッド５によるビレット４の押圧が開始されると同時に、ビレット４の、加圧ロッド５に接触する部分が急冷されて凝固層（斜線で示す）Ｓ１となる。このため、凝固層Ｓ１とその近傍領域の材料の流動抵抗が増加し、その後に加圧ロッド５の押圧が進むと、同じく（Ａ）に示すようにビレット４が樽状に変形し、その長さ方向の中間部がビレット収容穴３の内面に接触して、この接触部分にも凝固層Ｓ２が形成される。この結果、加圧ロッド５の押圧がさらに進むと、ビレット４の長手方向の中間部よりも上部側が優先的に押し潰されるようになり、遂には同図（Ｂ）に示すようにビレット４のほぼ上半分が、加圧ロッド５およびビレット収容穴３の内面に全面接触し、広範囲に凝固層Ｓが形成される。そして、このように広範囲に凝固層Ｓが形成されると、その一部が凝固片（異物）として成形品内に混入して品質を低下させる原因になるばかりか、ビレット４の歩留りを悪化させる原因になる。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、ビレットの樽状変形を防止することにより凝固層の拡大を抑え、もって成形品の品質向上とビレットの歩留り向上とに大きく寄与する半溶融成形方法およぼ半溶融成形装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る半溶融成形方法は、半溶融状態に加熱したビレットをビレット収容穴内で加圧ロッドにより押圧して、金型のキャビティ内に充填させる半溶融成形方法において、前記加圧ロッドを予め加熱し、該加圧ロッドによりビレットを押圧する際、該加圧ロッドの先端中央部に設けたボス部を該ビレットに食込ませることを特徴とする。このように加圧ロッドを予め加熱することで、ビレットの、加圧ロッドに接触する部分の凝固が遅れ、該接触部分の材料の半径外方向への流動が促進され、結果としてビレットの樽状変形が防止される。

本半溶融成形方法においてはまた、加圧ロッドの先端のボス部をビレットに食込ませるので、ビレットの、加圧ロッドに接触する部分の材料の半径外方向への流動がより一層促進される。

本発明に係る半溶融成形装置は、半溶融状態に加熱したビレットをビレット収容穴内で加圧ロッドにより押圧して、金型のキャビティ内に充填させる半溶融成形装置において、前記加圧ロッドの内部に加熱手段を配設すると共に、該加圧ロッドの先端中央部に、ビレットに食込むボス部を突設したことを特徴とする。

本発明に係る半溶融成形方法および半溶融成形装置によれば、加圧ロッドによるビレットの押圧中、ビレットが樽状に変形することがなくなるので、凝固層の拡大が抑制され、成形品の品質向上とビレットの歩留り向上とを達成できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図２および図３は、本発明に係る半溶融成形装置の一つの実施形態を示したものである。図において、１０は金型で、ここでは下型１１と上型１２とからなっており、下型１１と上型１２との相互間には、型閉じ状態でキャビティ１３が区画形成されるようになっている。本実施形態において、上型１２には、半溶融状態に加熱した金属材料のビレット１４を収容するためのビレット収容穴１５が設けられている。このビレット収容穴１５は、型閉じ状態で下型１１と上型１２との相互間に形成される材料供給口１６を経て前記キャビティ１３に連通させられている。

２０は、加圧ロッドであり、ここでは図３によく示されるように、先端中央部に台形状のボス部２１を突設してなるロッド本体２２と、このロッド本体２２の後端に連結された筒体２３とからなっている。加圧ロッド２０は、その筒体２３を介して昇降駆動手段（図示略）に支持されており、成形時には、該昇降駆動手段の作動により下動して、そのロッド本体２２の先端部を上記ビレット収容穴１５内に挿入させる。

しかして、上記加圧ロッド２０の内部には、ロッド本体２２を内部から加熱するための加熱手段２４が配設されている。加熱手段２４は、ここでは複数の電熱ヒータ２５からなっており、各電熱ヒータ２５は、ロッド本体２２に穿設したヒータ収容穴２６に挿入されている。電熱ヒータ２５はまた、ロッド本体２２と筒体２３との間に介装した取付板２７に支持されて、その位置が固定されており、各電熱ヒータ２５には、電源から筒体２３内に導入した配線２８が接続されている。

以下、上記のように構成した半溶融成形装置による半溶融成形方法を図１も参照して説明する。
半溶融成形の開始に際しては、予め下型１１に上型１２を型閉じすると共に、この型閉じ状態の金型１０の上方の待機位置に加圧ロッド２０を上昇位置決めする。そして、加圧ロッド２０については、その内部の電熱ヒータ２５に通電してロッド本体２２を所定の温度に加熱しておく。この時の加熱温度は、ビレット１４の材種すなわち成形すべき材料の種類に応じて適宜の温度とするが、アルミニウム系材料の場合は、３００℃程度となる。

上記準備完了後、図示を略す加熱手段により半溶融状態に加熱されたビレット１４を上型１２内のビレット収容穴１５に投入し、この投入完了により、図示を略す昇降駆動手段の作動で加圧ロッド２０を下動させる。すると、先ず図１（Ａ）に示すように、加圧ロッド２０を構成するロッド本体２２の先端のボス部２１が半溶融状態のビレット１４の上面に食込み、これにより、ビレット１４の、加圧ロッド２０に接触する部分の材料が、小矢印で示すように半径外方向へ流動する。この時、ロッド本体２２は電熱ヒータ２５により加熱されているので、ビレット１４の、加圧ロッド２０に接触する部分は半溶融状態を維持し、この結果、前記接触部分の材料は、きわめて円滑に半径外方向へ流動する。

その後、さらに加圧ロッド４の下動が進むと、図１（Ｂ）に示すようにビレット１４の上端側の外周部が大きく膨出してビレット収容穴１５の内面に接触し、この接触部分に凝固層Ｓが形成される。この結果、ビレット１４は、前記凝固層Ｓを含む上端側の膨出形状を維持したまま、その下端側から順に材料供給口１６を通してキャビティ１３内に押出される。そして、遂にはキャビティ１３内が半溶融金属で満たされ、そのまま暫時放置することで半溶融金属は完全に凝固し、これにて成形は終了する。この成形に際しては、ビレット１４の上端側の外周部に部分的に凝固層Ｓが形成されるだけであるので、ビレット１４の大部分がキャビティ１３に押出され、したがってビレット１４の歩留りは著しく向上する。また、前記凝固層Ｓは、ビレット１４の上端側外周部に部分的に存在するので、そのままビレット収容穴１５内に残り、したがって凝固片が、キャビティ１３内に流入して成形品の品質を低下させることもない。

ここで、上記実施形態においては、加圧ロッド２０の加熱手段２４として電熱ヒータ２５を備えた電熱方式を採用したが、この加熱手段２４の加熱方式は任意であり、例えば誘導加熱方式、あるいは流体加熱方式を採用することができる。
図４（Ａ）は誘導加熱方式を採用する場合の一つの実施形態を示したもので、ロッド本体２２を中空構造として、この中空内部に前記取付板２７を利用して誘導加熱コイル３０を配設し、一方、筒体２３内には前記誘導加熱コイル３０に電力を供給するリード３１を配設する。このように加熱手段２４´を構成することで、誘導加熱コイル３０に、図示を略す電源から高周波電流を供給すると、加圧ロッド２０を構成するロッド本体２２が誘導加熱され、この結果、上記電熱方式を採用した実施形態と同様の作用効果が得られるようになる。

図４（Ｂ）は、流体加熱方式を採用する場合の一つの実施形態を示したもので、同じく中空構造のロッド本体２２および筒体２３内に、前記取付板２７を利用して加熱流体（例えば、オイル）の流体供給管３２と流体排出管３３とを配設する。このように加熱コイル２４″を構成することで、流体供給管３２に図示を略す加熱源から加熱流体を供給すると、この加熱流体はロッド本体２２の中空内部を満たした後、流体排出管３３から排出され、この間、加熱流体の熱を受けてロッド本体２２が加熱され、この結果、上記電熱方式を採用した実施形態と同様の作用効果が得られるようになる。

なお、上記実施形態においては、上型１２の内部にビレット収容穴１５を設けるようにしたが、このビレット収容穴は、金型から独立したコンテナ内に設けてもよいことはもちろんである。また、本発明で対象とする金属材料の種類も任意であり、アルミニウム系材料はもちろん、マグネシウム系材料、銅系材料、亜鉛系材料、チタン系材料、鉄系材料等を選択することができる。

本発明に係る半溶融成形方法の実施状況を経時的に示す断面図である。 本発明に係る半溶融成形装置の全体構造を示す断面図である。 本半溶融成形装置で装備する加圧ロッドの加熱方式の１つの実施形態を示す断面図である。 本半溶融成形装置で装備する加圧ロッドの加熱方式の他の実施形態を示す断面図である。 従来の半溶融成形方法の実施状況を経時的に示す断面図である。

符号の説明

１０ 金型
１１ 下型
１２ 上側
１３ キャビティ
１４ ビレット
１５ ビレット収容穴
１６ 材料供給口
２０ 加圧ロッド
２１ ボス部
２４、２４´、２４″ 加熱手段
２５ 電熱ヒータ
３０ 誘導加熱コイル
３２ 流体供給管

Claims (2)

1. 半溶融状態に加熱したビレットをビレット収容穴内で加圧ロッドにより押圧して、金型のキャビティに半溶融金属を充填させる半溶融成形方法において、前記加圧ロッドを予め加熱し、該加圧ロッドによりビレットを押圧する際、該加圧ロッドの先端中央部に設けたボス部を該ビレットに食込ませることを特徴とする半溶融成形方法。
2. 半溶融状態に加熱したビレットをビレット収容穴内で加圧ロッドにより押圧して、金型のキャビティに半溶融金属を充填させる半溶融成形装置において、前記加圧ロッドの内部に加熱手段を配設すると共に、該加圧ロッドの先端中央部に、ビレットに食込むボス部を突設したことを特徴とする半溶融成形装置。

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